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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2017/2018
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 096532 - ADVANCED CIRCUIT THEORY
Docente Storti Gajani Giancarlo
Cfu 5.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (471) BIOMEDICAL ENGINEERING - INGEGNERIA BIOMEDICA*AZZZZ096532 - ADVANCED CIRCUIT THEORY
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (476) ELECTRONICS ENGINEERING - INGEGNERIA ELETTRONICA*AZZZZ096532 - ADVANCED CIRCUIT THEORY

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

Goal of this course
The course of Advanced Circuit Theory is designed to complement the basic students' knowledge on electrical circuits obtained in the course of Electrical Engineering of the first degree, taking into account some of the topics  acquired in basic electronics and system/automation courses. In particular, the analysis of linear and non-linear circuits, purely resistive and dynamic is formalised using general methods such as modified nodal analysis  and state equations. Finally, network functions of linear dynamic circuits are introduced in order to present some simple examples of one-port synthesis  and filter design. In all the topics covered, specific attention is given
to  the application of general methods.

 
Syllabus

1 Fundamental laws of electrical networks

Topological properties.
Implicit and explicit Kirchhoff's laws. Power and energy. Iimplicit and explicit Constitutive formulations of one-port and two-port components. Unidirectionality, 'reciprocity', symmetry and other properties of linear two-ports. Special two-ports: transformer, gyrator and operational amplifiers. Connection of two-ports.

2 Analysis of linear and nonlinear resistive networks.

General methods of analysis. Nodal analysis (NA) and Modified Nodal Analysis (MNA). Numerical methods for solving linear algebraic systems. Sparsity. Characterization of nonlinear elements and their linearization. Examples: diode, BJT and MOS transistors, OP-AMP. Small-signal analysis. Graphical and numerical methods for solving systems of nonlinear algebraic circuit and their interpretation. Properties of circuits composed of  strictly passive
non-linear and strictly monotonous non-linear bipoles.

3  Dynamic circuit a
nalysis

Formulation of state equations in the time domain. Solution of the state equation of linear dynamic circuits in the time domain: free and forced components of the solution. Natural frequencies and stability. Second-order linear circuits. Qualitative study of simple dynamic nonlinear circuits: oscillators and bistable.
 

4 Network Functions

Analysis of linear dynamic circuits in sinusoidal steady state. Network functions in the phasor domain. Frequency response. Analysis of linear dynamic circuits using the Laplace transform. State equations and their solution in the Laplace domain. Immittances and general network functions H(s), poles and zeros.

Synthesis of one-ports and passive filter design

Properties of immittance functions Z(s) and Y(s) of RLC passive one-ports. Properties and synthesis of one-ports with only two elements (LC, RC, RL) according to the canonical forms of Foster and Cauer. Design of a low pass filter. Sensitivity analysis with respect to a parameter of the circuit and method for that network.

Prerequisites
All topics are part of the course of Electrical Engineering
Laplace transforms.
Electronic components (diodes, transistors, operational amplifiers, ...)
Linear algebraic equations.
Eigenvalues ​​and eigenvectors of matrices.
Ordinary differential equations.

 

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Italian syllabus follows

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Obiettivi
Il corso si propone di completare le conoscenze degli studenti sui circuiti elettrici acquisite nel corso di Elettrotecnica  della laurea triennale tenendo presenti le conoscenze acquisite nell’elettronica e nell’automatica. In particolare, viene presentata l'analisi dei circuiti lineari e non-lineari, puramente resistivi e dinamici mediante metodi generali quali l’analisi nodale (modificata) e le equazioni di stato. Infine vengono introdotte le funzioni di rete dei circuiti lineari dinamici al fine di presentare alcuni semplici esempi di sintesi di bipoli e di progetto di filtri. In tutti gli argomenti trattati, particolare attenzione viene posta nell’abituare lo studente alla critica ragionata dei risultati ottenuti dalla applicazione di metodi generali.

 

Programma 

1. Leggi fondamentali delle reti elettriche 

 Proprietà topologiche. Leggi di Kirchhoff in forma implicita e esplicita. Potenza e energia. Legami costitutivi dei componenti in formulazioni implicite e esplicite: bipoli e doppi bipoli. Unidirezionalita', reciprocita', simmetria e passività dei doppi bipoli lineari. Doppi bipoli notevoli: trasformatore, giratore e amplificatore operazionale. Collegamento di doppi bipoli.

2. Analisi di reti resistive lineari e non lineari.

Metodi di analisi generali. Analisi nodale (NA) e Analisi Nodale Modificata (MNA). Metodi numerici per la risoluzione di sistemi lineari algebrici. Sparsità. Caratterizzazione di elementi non-lineari e loro linearizzazione. Esempi: diodo, transistor BJT e MOS, OP-AMP. Analisi per piccoli segnali. Metodi grafici e numerici per la risoluzione di sistemi non-lineari algebrici e loro interpretazione circuitale. Proprietà dei circuiti composto da bipoli non-lineari strettamente passivi e da bipoli non-lineari-strattemente monotoni.

3. Analisi di reti dinamiche.

Formulazione delle equazioni di stato nel dominio del tempo. Soluzione della equazione di stato nel dominio del tempo di circuiti dinamici lineari: soluzione libera e forzata. Frequenze naturali e stabilita'. Circuiti lineari del II ordine. Studio qualitativo di semplici circuiti non lineari dinamici: bistabili e oscillatori.
 

4. Funzioni di rete

 Analisi di un circuito dinamico lineare in regime sinusoidale. Funzioni di rete nel dominio dei fasori. Risposta in frequenza. Analisi di un circuito dinamico lineare tramite la trasformata di Laplace. Equazioni di stato e loro soluzione nel dominio di Laplace. Funzioni di rete H(s), poli e zeri.

5. Sintesi di bipoli passivi e progetto di filtri

Proprietà delle immettenze Z(s) e Y(s) di bipoli RLC. Proprietà e sintesi di bipoli con due soli elementi (LC, RC, RL) secondo le forme canoniche di Foster e di Cauer. Progetto di un filtro passa basso. Analisi di sensibilità rispetto ad un parametro del circuito e metodo della rete aggiunta.

Prerequisiti
Tutti gli argomenti facenti parte del corso di Elettrotecnica 
Trasformate di Laplace.
Componenti elettronici (diodi, transistori, amplificatore operazionale,...)
Sistemi lineari di equazioni algebriche.
Autovalori e autovettori di matrici.
Equazioni differenziali ordinarie.


Note Sulla Modalità di valutazione

On the Beep platform some lecture notes and exams with solution (in Italian) of the past italian version of this course (i.e. Teoria delle Reti Elettriche) are available.

The exam is composed of two parts, a first "practical" part, where the student is asked to find the solution to (usually three) simple problems, a second "theoretical" one where the student is required to answer in written form to a number of questions regarding all topics discussed in the course. It is possible, in some cases, to substitute the first part with a project (ask for details if interested)

The best textbook fot the course would be

Chua L., Desoer C., Kuh E. ”Linear and non-linear circuits” McGraw

but is not to easy to find. In any case all topics discussed in the course can be easily found on the Web.

----------------- Italian version below -------------------

Sono disponibili in rete (sulla piattaforma BEEP) gli appunti dalle lezioni e altro materiale utile per la preparazione. Per i punti 1 – 4 del programma si consiglia inoltre il testo, disponibile anche in Inglese, ma purtroppo difficile da trovare:

Chua L., Desoer C., Kuh E. ”Circuiti lineari e non lineari” Ed. Jackson

L'esame consiste in una prova scritta ed in una prova orale, e' possibile sostituire la prova scritta con un progetto concordato con il docente.


Bibliografia

Software utilizzato
Nessun software richiesto

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
30.0
esercitazione
20.0
laboratorio informatico
0.0
laboratorio sperimentale
0.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Inglese
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.9 / 1.6.9
Area Servizi ICT
21/01/2022